RU2543010C2

RU2543010C2 - Downhole device with pullout roller bearers

Info

Publication number: RU2543010C2
Application number: RU2012110564/03A
Authority: RU
Inventors: Пол Бернард ЛИ
Original assignee: Пол Бернард ЛИ
Priority date: 2009-08-21
Filing date: 2010-08-20
Publication date: 2015-02-27
Also published as: MX2012002176A; EP2467555B1; AU2010286177B2; MX337385B; EP2467555A2; GB2472848A; AU2010286178A1; RU2012110564A; BR112012003656A2; GB0914629D0; GB0919787D0; WO2011021047A2; BR112012003230A2; EP2467556B1; WO2011021047A3; US9133666B2; CA2769937A1; US20120175168A1; EP2467556A2; WO2011021048A3

Abstract

FIELD: oil and gas industry.SUBSTANCE: group of inventions is referred to the downhole device with pullout roller bearers and to drill stem with the above downhole device and method of vibration and torsion torque stabilization and reduction in the drill stem by means of the above device. The downhole device with pullout roller bearers comprises a housing with longitudinal axis, at least one piston installed in the housing and moving radially in regards to the longitudinal axis between the position wherein the piston is pulled inside and the alternative position wherein the piston is pulled outside under action of fluid pressure in the housing towards the surface, at least one piston placed inside the housing, at that at least one roller bearer is installed so that it may be rotated at one or several pistons and it may be rolled through the well bore side when at least one piston is retracted outside in its activated position; moreover the device has an opening passing through at least one piston and having the axis perpendicular to the housing radius and at least one removable fixing element installed in the housing and retracted to the corresponding opening both in pulled in and pulled out position of the piston activated position in order to prevent removal of the corresponding piston from the housing and counteracting to the piston rotation in regards to the housing.EFFECT: provision of stability and reduced vibration and torsion torque of the drill stem.22 cl, 29 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к скважинному устройству с выдвижными роликовыми опорами для включения в состав бурильной колонны, используемой в нефтяной и газовой промышленности для бурения стволов скважин.The present invention relates to a downhole device with extendable roller bearings for inclusion in a drill string used in the oil and gas industry for drilling wellbores.

Бурильные колонны используют в нефтяной и газовой промышленности для проходки стволов скважин для достижения залежей нефти и газа. Бурильная колонна содержит звенья бурильных элементов, соединяемых для наращивания бурильной колонны при продвижении бурильной колонны вглубь ствола скважины.Drill strings are used in the oil and gas industry for sinking wellbores to reach oil and gas deposits. The drill string contains the links of the drill elements connected to build the drill string while moving the drill string deep into the wellbore.

Для удовлетворения спроса на энергоносители бурение нефтяных и газовых скважин становится все более сложным для открытия доступа к новым запасам. Скважины бурят наклонно направленно с поверхности земли во все более глубоких пластах. Данное означает, что бурильные колонны могут иметь протяженность по длине до нескольких километров и могут быть искривленными для осуществления наклонно-направленного бурения. Вместе с тем, более длинные бурильные колонны для наклонно-направленного бурения подвержены прихвату, который может вызывать катастрофическое разрушение бурильной колонны.To meet energy demand, drilling oil and gas wells is becoming increasingly difficult to open up new reserves. Wells are drilled obliquely directed from the surface of the earth in ever deeper layers. This means that drill strings can be up to several kilometers long and can be curved for directional drilling. However, longer directional drillstrings are subject to sticking, which can cause catastrophic destruction of the drillstring.

Для предотвращения таких катастрофических событий обычно используют методику «разбуривания во время бурения». Раздвижной буровой расширитель устанавливают над буровым долотом для вскрытия пласта и увеличения диаметра ствола скважины за буровым долотом. Вместе с тем, данная методика может приводить к возникновению неустойчивости бурильной колонны в расширенном стволе скважины и подверженности колонны вибрации и увеличенному крутящему моменту в скважине.To prevent such catastrophic events, the method of “drilling while drilling” is usually used. A sliding drill reamer is installed above the drill bit to open the formation and increase the diameter of the wellbore behind the drill bit. However, this technique can lead to the instability of the drill string in the extended borehole and the susceptibility of the string to vibration and increased torque in the borehole.

В документе WO 95/13452 описан роликовый расширитель, который можно использовать для поддержания ширины ствола скважины и стабилизации бурильной колонны. В указанном документе описан элемент для включения в состав бурильной колонны, содержащий множество роликов, установленных вокруг корпуса элемента, прокатывающихся по стенке ствола скважин для поддержания калибра. Вместе с тем, описанные ролики не могут выдвигаться из устройства и поэтому не подходят для использования в разбуривании во время бурения.WO 95/13452 describes a roller expander that can be used to maintain wellbore width and stabilize a drill string. This document describes an element for inclusion in the drill string, containing many rollers installed around the element’s body, rolling along the wall of the wellbore to maintain the gauge. However, the described rollers cannot be pulled out of the device and therefore are not suitable for use in drilling while drilling.

В патенте США 4693328 описан раздвижной роликовый расширитель, в котором ролики шарнирно установлены на корпусе устройства на двух рычагах. Поршень продольно перемещается вдоль оси корпуса и содержит кулачковую поверхность. Когда давление текучей среды в бурильной колонне увеличивается, поршень перемещается вверх вдоль корпуса, и кулачковая поверхность толкает ролики наружу. Данное устройство обладает тем недостатком, что имеет большое число компонентов, перемещающихся относительно друг друга для обеспечения выдвижения роликов наружу. В результате этого велика вероятность отказа одной из данных перемещающихся частей и приведение инструмента в нерабочее состояние. Кроме того, данное приводит к риску возможного заклинивания роликов в выдвинутом наружу положении, что мешает извлечению бурильной колонны из ствола скважины и вызовет катастрофический отказ.US Pat. No. 4,693,328 describes a sliding roller expander in which the rollers are pivotally mounted on the device housing with two levers. The piston moves longitudinally along the axis of the housing and contains a cam surface. As the fluid pressure in the drill string increases, the piston moves up along the housing and the cam surface pushes the rollers outward. This device has the disadvantage that it has a large number of components moving relative to each other to ensure the extension of the rollers out. As a result of this, there is a high probability of failure of one of these moving parts and bringing the tool to an inoperative state. In addition, this leads to the risk of possible jamming of the rollers in the outwardly extended position, which interferes with the extraction of the drill string from the wellbore and will cause a catastrophic failure.

В патенте Великобритании 2445862 описано скважинное стабилизирующее устройство с отдельными центраторами, расположенными по направлению, радиально отстоящему от корпуса. Это уменьшает возможный ход центраторов, поскольку диаметр корпуса проходит по отрезку большей длины, чем линии, на которых развернуты поршни. Также поршни удерживаются в корпусе до активирования и после активирования штифтами, легко разрушающимися и не предотвращающими вращения поршня вокруг оси штифта.U.S. Pat. No. 2,445,862 describes a downhole stabilization device with separate centralizers located in a direction radially spaced from the housing. This reduces the possible stroke of the centralizers, since the diameter of the housing extends over a length greater than the lines on which the pistons are deployed. Also, the pistons are held in the housing until activated and after activation by pins that are easily destroyed and do not prevent the rotation of the piston around the axis of the pin.

Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения направлены на устранение упомянутых недостатков известных решений.Preferred embodiments of the present invention address the aforementioned disadvantages of the known solutions.

Согласно аспекту настоящего изобретения создано скважинное устройство с выдвижными роликовыми опорами для включения в состав бурильной колонны, содержащее корпус с продольной осью, по меньшей мере, один поршень, установленный в корпусе и перемещающийся радиально относительно продольной оси между положением, в котором поршень отведен внутрь, и активированным положением, в котором поршень выдвинут наружу под действием давления текучей среды на поверхность, по меньшей мере, одного поршня, расположенную внутри корпуса, по меньшей мере, один ролик, установленный с возможностью вращения на поршне или каждом из поршней и способный перекатываться по стенке ствола скважины, когда, по меньшей мере, один поршень активирован и выдвинут наружу для обеспечения стабилизации бурильной колонны, в которую включено устройство, и уменьшения вибрации и крутящего момента в ней, отличающееся тем, что имеет отверстие, проходящее через, по меньшей мере, один поршень и имеющее ось, перпендикулярную радиусу корпуса, и, по меньшей мере, один фиксирующий элемент, съемно установленный в корпусе и выступающий в соответствующее отверстие как при отведенном положении поршня, так и при его в выдвинутом наружу активированном положении для предотвращения удаления соответствующего поршня из корпуса и противодействия вращению поршня относительно корпуса.According to an aspect of the present invention, there is provided a borehole device with extendable roller bearings for inclusion in a drill string comprising a housing with a longitudinal axis, at least one piston mounted in the housing and moving radially relative to the longitudinal axis between the position in which the piston is retracted inward, and activated position, in which the piston is pulled out under the influence of fluid pressure on the surface of at least one piston located inside the housing, at least one n a roller mounted to rotate on the piston or each of the pistons and capable of rolling along the wall of the wellbore when at least one piston is activated and pulled out to ensure stabilization of the drill string into which the device is incorporated and to reduce vibration and torque in it, characterized in that it has an opening passing through at least one piston and having an axis perpendicular to the radius of the housing, and at least one locking element removably mounted in the housing and you blunt into the corresponding hole as in the retracted position of the piston, and when it is in its extended outwardly activated position to prevent removal of a corresponding piston housing and counter rotation of the piston relative to the housing.

Это обеспечивает преимущество устройству, которое можно включать в состав бурильной колонны и которое может уменьшать вибрацию бурильной колонны, в частности, в бурильных колоннах, выполняющих разбуривание во время бурения.This provides an advantage to a device that can be included in the composition of the drill string and which can reduce the vibration of the drill string, in particular in drillstrings that perform drilling while drilling.

Это также обеспечивает преимущество стабилизирующего устройства, имеющего больший диапазон перемещения, чем известные решения. В результате того, что давление текучей среды действует непосредственно на поршни, вводящие в действие ролики, и поршни расположены вдоль радиуса корпуса, существует большое пространство внутри устройства, которое можно использовать для размещения механизма для дополнительного перемещения роликов. Это означает, что ролики могут перемещаться между положением внутри ствола и вне ствола. Следовательно, когда насосы подачи текучей среды выключены, создается гораздо меньшее усилие, тормозящее подъем бурильной колонны из ствола, поскольку ролики полностью отведены в устройство с диаметром меньше диаметра ствола. Также обеспечение перемещения роликов за пределы диаметра ствола увеличивает стабилизацию, особенно во время разбуривания во время бурения.This also provides the advantage of a stabilizing device having a greater range of movement than known solutions. As a result of the fact that the pressure of the fluid acts directly on the pistons that drive the rollers and the pistons are located along the radius of the housing, there is a large space inside the device that can be used to accommodate the mechanism for additional movement of the rollers. This means that the rollers can move between a position inside the barrel and outside the barrel. Consequently, when the fluid supply pumps are turned off, a much less force is created that inhibits the rise of the drill string from the barrel, since the rollers are completely retracted into the device with a diameter smaller than the diameter of the barrel. Also, ensuring the movement of the rollers beyond the diameter of the barrel increases stabilization, especially during drilling while drilling.

Это также обеспечивает преимущество уменьшения риска при закреплении роликов в выдвинутом наружу положении, поскольку не используется шпиндель или продольно перемещающийся поршень, выталкивающий ролики наружу, который может застопорить сила трения. Простое уменьшение давления текучей среды внутри устройства обеспечивает надежный отвод роликов. Это также обеспечивает отклонение роликов внутрь при встрече с твердыми препятствиями, поскольку ролики удерживаются выдвинутыми только под действием давления текучей среды. Это уменьшает риск повреждения устройства.This also provides the advantage of reducing risk when securing the rollers in the outwardly extended position, since no spindle or longitudinally moving piston is used to push the rollers outward, which can stall the frictional force. A simple reduction in the pressure of the fluid inside the device provides reliable withdrawal of the rollers. This also allows the rollers to deflect inward when faced with solid obstacles, since the rollers are kept extended only under the influence of fluid pressure. This reduces the risk of damage to the device.

Использование отверстия, проходящего через, по меньшей мере, один поршень, и имеющего ось, перпендикулярную радиусу корпуса, и, по меньшей мере, одного фиксирующего элемента, съемно установленного в корпусе и выступающего в соответствующее отверстие как в положении с поршнем, отведенным внутрь, так и в положении с активированным поршнем, выдвинутым наружу, обеспечивает преимущество значительного увеличения силы, которую можно прикладывать к поршням перед их выдвижением из корпуса. Данное также обеспечивает преимущество предотвращения вращения поршней вокруг оси выпуска.The use of an opening passing through at least one piston and having an axis perpendicular to the radius of the housing, and at least one locking element removably mounted in the housing and protruding into the corresponding hole both in the position with the piston retracted inward and in the position with the activated piston extended outward, provides the advantage of significantly increasing the force that can be applied to the pistons before they extend from the housing. This also provides the advantage of preventing rotation of the pistons about the axis of the exhaust.

Конфигурация съемно установленного фиксирующего элемента, выступающего через отверстие поршня, создает преимущество в том, что ширину фиксирующего элемента можно легко изменять, создавая различный ход поршня. Это создает более универсальное устройство. Например, может быть необходим большой диапазон хода поршня для разбуривания во время бурения. Альтернативно, может быть необходимо расположение роликов только на расстояние, равное или меньше максимального диаметра ролика для уменьшения риска заклинивания отходов под поршнем. Использование съемно установленного фиксирующего элемента обеспечивает пользователю быстрое и легкое изменение длины перемещения поршня для осуществления обеих дополнительных функций.The configuration of the removably mounted locking element protruding through the bore of the piston creates the advantage that the width of the locking element can be easily changed, creating a different piston stroke. This creates a more versatile device. For example, a large piston stroke range may be necessary for drilling during drilling. Alternatively, it may be necessary to position the rollers only at a distance equal to or less than the maximum diameter of the roller to reduce the risk of jamming of the waste under the piston. The use of a removably mounted locking element provides the user with a quick and easy change in the length of the piston movement to carry out both additional functions.

В предпочтительном варианте осуществления, по меньшей мере, один фиксирующий элемент имеет ось, параллельную продольной оси корпуса, когда он установлен в корпусе.In a preferred embodiment, the at least one locking element has an axis parallel to the longitudinal axis of the housing when it is mounted in the housing.

Это создает преимущество надежного способа фиксирования поршней в корпусе, что минимизирует количество требуемых перемещающихся частей.This creates the advantage of a reliable method of fixing the pistons in the housing, which minimizes the number of moving parts required.

По меньшей мере, один фиксирующий элемент может выступать в множество отверстий для удержания множества поршней в корпусе.At least one locking element may protrude into a plurality of holes for holding a plurality of pistons in a housing.

Это создает преимущество уменьшения числа компонентов, требуемых для удержания поршней в корпусе инструмента, что уменьшает затраты и упрощает сборку и техобслуживание.This creates the advantage of reducing the number of components required to hold the pistons in the tool body, which reduces costs and simplifies assembly and maintenance.

Устройство может содержать множество роликов, установленных на соответствующих поршнях вокруг корпуса, при этом поршни установлены в различных местоположениях вдоль продольной оси корпуса.The device may comprise a plurality of rollers mounted on respective pistons around the housing, the pistons being installed at various locations along the longitudinal axis of the housing.

Это создает преимущество увеличения длины хода поршня и, поэтому, увеличивает радиальное расстояние, на которое ролики могут быть выдвинуты, так как поскольку все поршни размещены на разных местах вдоль корпуса, внутренние концы поршней не должны входить в контакт друг с другом, когда они отведены в корпус. Поршни можно поэтому выполнить более длинными.This creates the advantage of increasing the piston stroke length and therefore increasing the radial distance that the rollers can be extended, since since all the pistons are placed at different places along the housing, the inner ends of the pistons should not come into contact with each other when they are retracted body. Pistons can therefore be made longer.

В предпочтительном варианте осуществления устройство содержит первый и второй поршни, перемещающиеся радиально относительно корпуса между положением, в котором поршень отведен внутрь, и активированным положением, в котором поршень выдвинут наружу, под действием давления текучей среды в корпусе на соответствующие поверхности первого и второго поршней, расположенные внутри корпуса, при этом по меньшей мере, один ролик установлен с возможностью вращения между первым и вторым поршнями.In a preferred embodiment, the device comprises first and second pistons moving radially relative to the housing between the position in which the piston is retracted inward and the activated position in which the piston is extended outward, under the influence of fluid pressure in the housing on the corresponding surfaces of the first and second pistons located inside the housing, with at least one roller mounted for rotation between the first and second pistons.

Устройство может дополнительно содержать режущий элемент, установленный на конце первого и/или второго поршня и выполненный с возможностью врезаться в стенку ствола скважины, когда соответствующий поршень активирован и выдвинут наружу.The device may further comprise a cutting element mounted on the end of the first and / or second piston and configured to cut into the wall of the wellbore when the corresponding piston is activated and extended outward.

Это создает преимущество стабилизирующего устройства, также выполненного с возможностью разбуривания.This creates the advantage of a stabilizing device, also configured to drill.

По меньшей мере, один фиксирующий элемент может содержать брусок со шпонками, установленный скользящим в шпоночном пазу, выполненном в корпусе.At least one locking element may comprise a block with dowels mounted sliding in a keyway made in the housing.

Это создает преимущество надежного и с легкой заменой способа установки поршней в корпусе. Данное также делает устройство более универсальным, поскольку бруски со шпонками различных размеров можно легко удалять и устанавливать в устройство для обеспечения ввода в действие различных конфигураций роликов под различными углами и расстояниями относительно бурящегося пласта.This creates the advantage of a reliable and easy-to-replace method for installing pistons in the housing. This also makes the device more versatile, since the bars with keys of various sizes can be easily removed and installed in the device to ensure the commissioning of various configurations of rollers at different angles and distances relative to the drilling formation.

В предпочтительном варианте осуществления, по меньшей мере, один поршень содержит паз, расположенный смежно с отверстием, при этом пластина установлена скользящей в пазу и выполнена с возможностью установки на, по меньшей мере, один фиксирующий элемент для обеспечения соединения, по меньшей мере, одного фиксирующего элемента, по меньшей мере, с одним поршнем.In a preferred embodiment, the at least one piston comprises a groove adjacent to the bore, the plate mounted sliding in the groove and configured to install on at least one locking element to provide at least one locking element element with at least one piston.

В предпочтительном варианте осуществления пластина содержит, по меньшей мере, один срезающийся выступ, выполненный с возможностью разрушения на кромке паза под действием увеличения давления текучей среды в корпусе для обеспечения перемещения, по меньшей мере, одного поршня в выдвинутое наружу активированное положение.In a preferred embodiment, the plate contains at least one shear protrusion configured to fracture at the edge of the groove under the influence of increasing fluid pressure in the housing to allow at least one piston to move to the outwardly extended activated position.

Это создает преимущество обеспечения фиксирования роликов в положении, в котором они отведены внутрь для развертывания. Выступ можно выполнить с возможностью разрушения при заданном перепаде давления текучей среды внутри и снаружи инструмента. Это обеспечивает надежное удержание поршней внутри инструмента до того, как потребуется вводить в действие ролики.This creates the advantage of securing the rollers in a position in which they are retracted inward for deployment. The protrusion can be performed with the possibility of destruction at a given pressure drop of the fluid inside and outside the tool. This ensures that the pistons are held securely inside the tool before the rollers need to be put into action.

Пластину можно устанавливать, по меньшей мере, на один фиксирующий элемент, по меньшей мере, одним срезающимся штифтом, выполненным с возможностью разрушения под действием увеличения давления текучей среды в корпусе для обеспечения перемещения, по меньшей мере, одного поршня в выдвинутое наружу активированное положение.The plate can be mounted on at least one locking element with at least one shear pin, which is capable of breaking under the influence of increasing pressure of the fluid in the housing to allow at least one piston to move to the outwardly extended activated position.

Это создает преимущество обеспечения фиксирования роликов в отведенное внутрь положение для развертывания. Штифт можно выполнить с возможностью разрушения при заданном перепаде давления текучей среды внутри и снаружи инструмента. Это обеспечивает надежное удержание поршней внутри инструмента до того, как потребуется вводить в действие ролики. Данное также создает преимущество в том, что штифты различной прочности можно использования для различных давлений текучей среды, используемых в различных вариантах применения.This creates the advantage of securing the rollers in the retracted inward position. The pin can be made with the possibility of destruction at a given pressure drop of the fluid inside and outside the tool. This ensures that the pistons are held securely inside the tool before the rollers need to be put into action. This also creates the advantage that pins of different strengths can be used for different fluid pressures used in various applications.

Устройство может дополнительно содержать, по меньшей мере, одну ось, на которой установлен с возможностью вращения, по меньшей мере, один ролик, при этом, по меньшей мере, одна ось содержит материал повышенной твердости на своей наружной поверхности и установлена на, по меньшей мере, один поршень посредством пары вкладышей, выполненных из материала повышенной твердости.The device may further comprise at least one axis on which at least one roller is mounted for rotation, while at least one axis contains material of increased hardness on its outer surface and is mounted on at least , one piston by means of a pair of liners made of high hardness material.

Это создает преимущество увеличения срока службы устройства, особенно при использовании в твердых породах. Примерами материала повышенной твердости являются карбид вольфрама или закаленная сталь, такая как D2.This creates the advantage of increasing the life of the device, especially when used in hard rock. Examples of high hardness material are tungsten carbide or hardened steel such as D2.

По меньшей мере, один ролик может содержать материал повышенной твердости на своей поверхности, контактирующей с соответствующей осью при вращении.At least one roller may contain material of increased hardness on its surface in contact with the corresponding axis during rotation.

Это создает преимущество увеличения срока службы устройства, особенно при использовании в твердых пластах.This creates the advantage of increasing the service life of the device, especially when used in hard formations.

Устройство может дополнительно содержать, по меньшей мере, один проход, выполненный в корпусе и проходящий к месту в корпусе, расположенному, по существу, по меньшей мере, под одним роликом для обеспечения перемещения отходов, накапливающихся под, по меньшей мере, одним роликом вдоль прохода и на выход из корпуса.The device may further comprise at least one passage made in the housing and extending to a place in the housing located essentially at least under one roller to allow movement of waste accumulating under the at least one roller along the passage and exit the building.

Это создает преимущество обеспечения выпадения наружу любых отходов, накапливающихся под роликами, или их выталкивания через проход так, что ролик может полностью отводиться для предотвращения прихвата ролика в выдвинутом положении, препятствующем подъему бурильной колонны.This creates the advantage of ensuring that any waste accumulating beneath the rollers falls out or is pushed out through the passage so that the roller can be fully retracted to prevent the roller from sticking in the extended position, which prevents the drill string from rising.

Устройство может содержать множество роликов, расположенных вокруг корпуса, причем каждый ролик установлен с возможностью вращения на, по меньшей мере, одном соответствующем поршне, проход, выполненный в корпусе для каждого ролика и проходящий к месту на корпусе, расположенному под, по существу, соответствующим роликом для обеспечения перемещения отходов, накапливающихся под соответствующим роликом, вдоль прохода и на выход из корпуса, при этом каждый ролик и соответствующий проход расположены в различных местоположениях вдоль продольной оси корпуса.The device may comprise a plurality of rollers located around the housing, each roller being rotatably mounted on at least one corresponding piston, a passage made in the housing for each roller and extending to a place on the housing located under the substantially corresponding roller to ensure the movement of waste accumulating under the corresponding roller along the passage and exit from the housing, with each roller and the corresponding passage located at different locations along the longitudinal axis of the housing.

Это создает преимущество в том, что проходы, выполненные в корпусе, не образуют концентрированного слабого места на корпусе. Расположение роликов и проходов по длине корпуса не ухудшает перекатывания и стабилизирующих возможностей устройства, но минимизирует ослабление и вероятность разрушения вследствие наличия в корпусе проходов, выполненных станочной обработкой.This creates an advantage in that the passages made in the housing do not form a concentrated weak point on the housing. The location of the rollers and passages along the length of the housing does not impair the rolling and stabilizing capabilities of the device, but minimizes attenuation and the likelihood of destruction due to the presence in the housing of passages made by machining.

По меньшей мере, один поршень можно устанавливать во вкладыш повышенной твердости, размещенный в корпусе.At least one piston can be installed in an increased hardness liner housed in a housing.

Это создает преимущество уменьшения износа и увеличения срока службы поршней и устройства.This creates the advantage of reducing wear and increasing the life of the pistons and device.

Участок, по меньшей мере, одного поршня, выполненный с возможностью скольжения в контакте с вкладышем повышенной твердости, может быть снабжен покрытием из материала повышенной твердости.The plot of at least one piston, made with the possibility of sliding in contact with the liner of high hardness, can be provided with a coating of material of high hardness.

Устройство может дополнительно содержать породоразрушающее средство, расположенное на наружной поверхности, по меньшей мере, одного ролика и выполненное с возможностью разрушения породы, когда соответствующий ролик перекатывается по стенке ствола скважины.The device may further comprise a rock cutting agent located on the outer surface of the at least one roller and configured to destroy the rock when the corresponding roller rolls along the wall of the wellbore.

В очень твердых породах режущие долота с поликристаллическими алмазными вставками или алмазные истирающе-режущие долота являются неэффективными для бурения породы пласта и могут быстро выходить из строя, вызывая остановку бурения. Для данных твердых пород, в общем, необходимо использовать шарошечные конические долота с вставками, перекатывающимися по породе для ее разрушения, а не режущие породу. Следовательно, стабилизирующее устройство можно использовать в комбинации с породоразрушающим средством, расположенным на стабилизирующих роликах для разрушения породы и разбуривания ствола.In very hard formations, cutting bits with polycrystalline diamond inserts or diamond abrasive cutting bits are ineffective for drilling formation rock and can quickly fail, causing a drilling stop. For these hard rocks, in general, it is necessary to use cone cone bits with inserts rolling around the rock to destroy it, rather than cutting the rock. Therefore, the stabilizing device can be used in combination with a rock cutting tool located on the stabilizing rollers to destroy the rock and drill the barrel.

Породоразрушающее средство может содержать множество вставок повышенной твердости, размещенных в наружной поверхности, по меньшей мере, одного ролика.The rock-breaking agent may comprise a plurality of hardness inserts located in the outer surface of the at least one roller.

Каждая вставка повышенной твердости может содержать участок, по существу, полусферической формы, выполненный с возможностью контакта с породой и ее разрушения.Each insert of increased hardness may contain a site, essentially hemispherical in shape, made with the possibility of contact with the rock and its destruction.

Устройство может дополнительно содержать резьбу, расположенную на наружной поверхности, по меньшей мере, одного ролика, выполненную с возможностью контакта со стенками ствола скважины и толкания устройства вниз по стволу скважины.The device may further comprise a thread located on the outer surface of the at least one roller, configured to contact the walls of the wellbore and push the device down the wellbore.

Это создает преимущество стабилизирующего устройства, также помогающее продвижению бурильной колонны вниз в стволе скважины.This creates the advantage of a stabilizing device, also helping to advance the drill string down into the wellbore.

Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения создана бурильная колонна, содержащая множество элементов бурильной колонны, и, по меньшей мере, одно скважинное устройство с выдвижными роликовыми опорами, описанное выше.According to a further aspect of the present invention, there is provided a drill string comprising a plurality of drill string elements and at least one borehole device with extendable roller bearings described above.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения создан способ обеспечения стабилизации и уменьшения вибрации и крутящего момента в бурильной колонне, содержащий использование скважинного устройства с выдвижными роликовыми опорами, описанного выше.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for stabilizing and reducing vibration and torque in a drill string, comprising using a borehole device with extendable roller bearings described above.

Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения описаны ниже, только в качестве примера, не создающего ограничений, и со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показано следующее.Preferred embodiments of the present invention are described below, by way of non-limiting example only, and with reference to the accompanying drawings, in which the following is shown.

На фиг.1 показан изометрический вид скважинного устройства c выдвижными роликовыми опорами первого варианта осуществления настоящего изобретения с роликами и поршнями в убранном внутрь положении.Figure 1 shows an isometric view of a downhole device with extendable roller bearings of the first embodiment of the present invention with rollers and pistons in the position retracted inward.

На фиг.2 показан изометрический вид, соответствующий фиг.1, с роликами и поршнями, выдвинутыми наружу в активированном положении.Figure 2 shows an isometric view corresponding to figure 1, with rollers and pistons extended outward in the activated position.

На фиг.3 показан крупным планом роликовый узел, содержащий ролики и поршни в положении фиг.1.Figure 3 shows a close-up of a roller assembly comprising rollers and pistons in the position of Figure 1.

На фиг.4 показан крупным планом роликовый узел, содержащий ролики и поршни в положении фиг.2.Figure 4 shows a close-up of a roller assembly containing rollers and pistons in the position of figure 2.

На фиг.5 показано в изометрии сечение устройства с роликовым узлом в положении фиг.2 и 4.Figure 5 shows an isometric section of a device with a roller assembly in the position of figures 2 and 4.

На фиг.6a показано сечение роликового узла в выдвинутом наружу активированном положении фиг.4.Fig. 6a shows a cross-section of the roller assembly in the activated position extended outwardly of Fig. 4.

На фиг.6b показано сечение, соответствующее фиг.6 роликового узла в отведенном внутрь положении.Fig. 6b shows a section corresponding to Fig. 6 of the roller assembly in the retracted position.

На фиг.7a показано сечение поршня в отведенном внутрь положении с фиксирующим элементом и срезающейся пластиной в несрезанном состоянии.On figa shows a cross section of the piston in the retracted position with the locking element and the shear plate in the uncut state.

На фиг.7b показан вид, соответствующий фиг.7 со срезающейся пластиной в срезанном состоянии и поршнем, выдвинутым наружу в активированном положении.Fig. 7b shows a view corresponding to Fig. 7 with a shear plate in a sheared state and a piston extended outward in the activated position.

На фиг.8a показано продольное сечение скважинного устройства c выдвижными роликовыми опорами второго варианта осуществления настоящего изобретения с поршнями, выдвинутыми наружу в активированном положении.On figa shows a longitudinal section of the downhole device with extendable roller bearings of the second variant implementation of the present invention with pistons extended outward in the activated position.

На фиг.8b показано продольное сечение скважинного устройства c выдвижными роликовыми опорами фиг.8 с поршнями в убранном внутрь положении.On fig.8b shows a longitudinal section of the downhole device with retractable roller bearings of Fig.8 with pistons in the position retracted inward.

На фиг.8c показан вид с торца устройства фиг.8a.On figs shows an end view of the device of figa.

На фиг.8d показан вид с торца устройства фиг.8b.On fig.8d shows an end view of the device of fig.8b.

На фиг.9 показан вид сбоку скважинного устройства c выдвижными роликовыми опорами второго варианта осуществления настоящего изобретения.FIG. 9 is a side view of a downhole tool with extendable roller bearings of a second embodiment of the present invention.

На фиг.10 показано сечение, соответствующее фиг.9.Figure 10 shows a cross section corresponding to figure 9.

На фиг.11 показан изометрический вид, соответствующий фиг.9.Figure 11 shows an isometric view corresponding to figure 9.

На фиг.12 показано сечение по линии B-B фиг.9.On Fig shows a section along the line B-B of Fig.9.

На фиг.13 показан вид крупным планом продольного сечения ролика и прохода фиг.9.On Fig shows a closeup view of the longitudinal section of the roller and the passage of Fig.9.

На фиг.14 показан изометрический вид участка устройства фиг.9 с поршнями и роликом, удаленными из корпуса.On Fig shows an isometric view of a portion of the device of Fig.9 with pistons and a roller removed from the housing.

На фиг.15 показан вид сбоку скважинного устройства c выдвижными роликовыми опорами третьего варианта осуществления настоящего изобретения.On Fig shows a side view of the downhole device with retractable roller bearings of the third variant of implementation of the present invention.

На фиг.16 показан вид крупным планом сбоку поршней и ролика фиг.15.On Fig shows a close-up side view of the pistons and roller of Fig. 15.

На фиг.17 показано продольное сечение фиг.16.On Fig shows a longitudinal section of Fig.16.

На фиг.18 показан изометрический вид, соответствующий фиг.15.On Fig shows an isometric view corresponding to Fig.

На фиг.19 показан изометрический вид ролика с резьбой варианта осуществления фиг.15.FIG. 19 is an isometric view of a threaded roller of the embodiment of FIG. 15.

На фиг.20 показан изометрический вид скважинного устройства с выдвижными роликовыми опорами четвертого варианта осуществления настоящего изобретения.20 is an isometric view of a downhole tool with extendable roller bearings of a fourth embodiment of the present invention.

На фиг.21 показан вид крупным планом сбоку ролика и поршней, на которых установлены режущие элементы, соответствующих фиг.20.In Fig.21 shows a close-up side view of the roller and pistons on which the cutting elements are installed, corresponding to Fig.20.

На фиг.22 показано продольное сечение поршней и ролика фиг.20 и 21 в отведенном внутрь положении.On Fig shows a longitudinal section of the pistons and roller of Fig.20 and 21 in the retracted position.

На фиг.23 показано сечение, соответствующее фиг.22, с поршнями и роликом, выдвинутыми наружу в активированном положении.On Fig shows a cross section corresponding to Fig, with pistons and a roller extended outward in the activated position.

На фиг.24 показан изометрический вид скважинного устройства c выдвижными роликовыми опорами пятого варианта осуществления настоящего изобретения.24 is an isometric view of a downhole device with extendable roller bearings of a fifth embodiment of the present invention.

На фиг.25 показан вид крупным планом роликов и проходов фиг.24.On Fig shows a closeup view of the rollers and passages of Fig. 24.

На фиг.26 показан вид в увеличенном масштабе продольного сечения поршней и ролика фиг.24 и 25 выдвинутых наружу в активированном положении.On Fig shows a view in enlarged scale of a longitudinal section of the pistons and roller of Fig.24 and 25 extended outward in the activated position.

На фиг.27 показан вид, соответствующий фиг.26, с поршнями и роликом в отведенном внутрь положении.On Fig shows a view corresponding to Fig, with pistons and a roller in the retracted position.

На фиг.28 показан вид сбоку поршня, имеющего покрытие из материала повышенной твердости.On Fig shows a side view of a piston having a coating of a material of high hardness.

На фиг.29 показана в изометрии часть оси, имеющей покрытие из материала повышенной твердости.On Fig shown in isometric part of the axis having a coating of a material of high hardness.

Показанное на фиг. 1-4 скважинное устройство 2 с выдвижными роликовыми опорами содержит корпус 4, имеющий продольную ось X и установленный между верхним переводником 6 и нижним переводником 8. Устройство 2 выполнено с возможностью включения в состав бурильной колонны, содержащей буровое долото (не показано) для использования в бурении стволов скважин в нефтяной и газовой промышленности известных специалистам в данной области техники.Shown in FIG. 1-4, the downhole device 2 with extendable roller bearings comprises a housing 4 having a longitudinal axis X and installed between the upper sub 6 and the lower sub 8. The device 2 is configured to be included in the drill string containing a drill bit (not shown) for use in wellbore drilling in the oil and gas industry known to specialists in this field of technology.

Показанное на фиг.3 и 4 скважинное устройство 2 с выдвижными роликовыми опорами содержит множество роликовых узлов 10, содержащих, по меньшей мере, один ролик 12, установленный с возможностью вращения между поршнями 14a и 14b. Альтернативно, ролик 12 можно устанавливать на один поршень большего размера, имеющий два вкладыша, между которыми установлен ролик. Поршни 14a, 14b выполнены с возможностью перемещения относительно корпуса 4 между положением, в котором они отведены внутрь (фиг.3) и активированном положением, в котором они выдвинуты наружу (фиг.4), при этом ролик 12 выполнен с возможностью контакта со стенкой ствола скважины. Затем, когда бурильная колонна выполняет разбуривание в процессе бурения для расширения ствола скважины, ролики могут быть выдвинуты для входа в контакт со стенкой ствола скважины для стабилизации бурильной колонны и ограничения крутящего момента и вибрации в бурильной колонне.The borehole device 2 with extendable roller bearings shown in FIGS. 3 and 4 comprises a plurality of roller assemblies 10 comprising at least one roller 12 rotatably mounted between the pistons 14a and 14b. Alternatively, the roller 12 can be mounted on one larger piston having two liners between which the roller is mounted. The pistons 14a, 14b are movable relative to the housing 4 between a position in which they are retracted inward (FIG. 3) and an activated position in which they are pulled outward (FIG. 4), while the roller 12 is configured to contact the barrel wall wells. Then, when the drill string performs drilling while drilling to expand the borehole, the rollers can be extended to come into contact with the wall of the borehole to stabilize the drill string and limit torque and vibration in the drill string.

Ролик 12 содержит породоразрушающее средство, такое как множество вставок 16 повышенной твердости. Как показано на фиг.1 и 2, скважинное устройство 2 с выдвижными роликовыми опорами является, в общем, симметричным относительно оси вращения с тремя роликами 12, расположенными с интервалами в 120° вокруг корпуса.The roller 12 comprises a rock cutting agent, such as a plurality of hardness inserts 16. As shown in FIGS. 1 and 2, the downhole tool 2 with extendable roller bearings is generally symmetrical about the axis of rotation with three rollers 12 located at 120 ° intervals around the housing.

Показанное на фиг. 5-7 скважинное устройство 2 с выдвижными роликовыми опорами, в общем, является пустотелым и содержит поршневую камеру 24. Текучей среде обеспечен свободный проход через устройство, и давление текучей среды можно регулировать с поверхности, когда устройство 2 установлено в бурильной колонне. Давление текучей среды в поршневой камере 24 можно поэтому увеличивать, создавая перепад давления между поршневой камерой 24 и пространством снаружи устройства. Когда достигают заданного перепада давления, давление текучей среды, действующее непосредственно на внутренние поверхности 15a и 15b первого и второго поршней 14a и 14b, соответственно, перемещает поршни 14a и 14b в активированное положение, в котором поршни выдвинуты наружу, как показано на фиг.2, 4, 5 и 6a, при этом ролик 12 вводится в действие снаружи. Поршни 14a и 14b перемещаются внутрь и наружу в радиальном направлении относительно продольной оси X (фиг.1).Shown in FIG. 5-7, the borehole device 2 with extendable roller bearings is generally hollow and includes a piston chamber 24. The fluid is provided with free passage through the device and the fluid pressure can be controlled from the surface when the device 2 is installed in the drill string. The fluid pressure in the piston chamber 24 can therefore be increased by creating a pressure differential between the piston chamber 24 and the space outside the device. When the predetermined pressure drop is reached, the fluid pressure acting directly on the inner surfaces 15a and 15b of the first and second pistons 14a and 14b, respectively, moves the pistons 14a and 14b to the activated position, in which the pistons are extended outward, as shown in FIG. 2, 4, 5 and 6a, wherein the roller 12 is actuated externally. Pistons 14a and 14b move inward and outward in a radial direction relative to the longitudinal axis X (FIG. 1).

Это обеспечивает проход поршней через центральную линию корпуса для увеличения хода поршней, обеспечивая вход роликов 12 в контакт со стенками ранее расширенного ствола скважины.This allows the pistons to pass through the center line of the housing to increase the stroke of the pistons, allowing the rollers 12 to come into contact with the walls of the previously expanded borehole.

В результате действия давления текучей среды непосредственно на внутренние поверхности 15a и 15b первого и второго поршней 14a и 14b поршни имеют диапазон перемещения больше, чем раздвижные роликовые расширители известной техники. Это получается, поскольку продольно перемещающиеся кулачковые устройства (такие как в патенте США 4693328) не требуются для выдвижения роликов наружу с фрикционным контактом. Для этого пространство, занимаемое данными компонентами в устройстве, не занято, и его можно использовать для размещения поршней с увеличенным ходом.As a result of the action of fluid pressure directly on the inner surfaces 15a and 15b of the first and second pistons 14a and 14b, the pistons have a movement range greater than the sliding roller expanders of the prior art. This is because longitudinally moving cam devices (such as in US Pat. No. 4,693,328) are not required to push the rollers outward with a friction contact. For this, the space occupied by these components in the device is not occupied, and it can be used to accommodate pistons with increased stroke.

Каждый поршень 14 содержит отверстие 30, проходящее через корпус поршня, что лучше всего показано на фиг.5, 7a и 7b. Отверстие 30 имеет ось, перпендикулярную радиусу корпуса 4 (в направлении, вдоль которого поршни перемещаются) когда поршень установлен в корпусе 4.Each piston 14 comprises an opening 30 extending through the piston body, which is best shown in FIGS. 5, 7a and 7b. The hole 30 has an axis perpendicular to the radius of the housing 4 (in the direction along which the pistons move) when the piston is installed in the housing 4.

Фиксирующий элемент 26 съемно установлен в корпусе и выступает в соответствующее отверстие 30 как при отведенном внутрь положении поршня, так и при его активированном положении, в котором он выдвинут наружу. Таким образом, фиксирующий элемент 26 предотвращает удаление соответствующего поршня 14 из корпуса и противодействует вращению поршня 14 относительно корпуса. Ось фиксирующего элемента 26 параллельна продольной оси корпуса при установке в корпус. Также, как показано на фиг.5 и 6, фиксирующий элемент 26 выступает в множество отверстий 30 для удержания множества поршней 14 в корпусе.The locking element 26 is removably mounted in the housing and protrudes into the corresponding hole 30 both when the piston is retracted inwardly and when its activated position, in which it is pulled outward. Thus, the locking element 26 prevents the removal of the corresponding piston 14 from the housing and counteracts the rotation of the piston 14 relative to the housing. The axis of the locking element 26 is parallel to the longitudinal axis of the housing when installed in the housing. Also, as shown in FIGS. 5 and 6, the locking member 26 projects into the plurality of holes 30 to hold the plurality of pistons 14 in the housing.

Использование фиксирующего элемента 26 вместо штифта для удержания поршня 14 в корпусе 4 значительно увеличивает прочность узла. Это помогает предотвращать удаление поршня 14 из корпуса 4 и предотвращает вращение поршня 14.The use of the locking element 26 instead of the pin to hold the piston 14 in the housing 4 significantly increases the strength of the node. This helps to prevent the removal of the piston 14 from the housing 4 and prevents the rotation of the piston 14.

Показанный на фиг. 5-7 фиксирующий элемент может представлять собой брусок 26 со шпонками, съемно установленный в шпоночный паз 28, выполненный в корпусе 4. Каждый поршень 14 содержит отверстие 30, в которое брусок 26 со шпонками выступает как при отведенном поршне 14b, так и при выдвинутом наружу поршне.Shown in FIG. 5-7, the locking element may be a block 26 with dowels, removably mounted in a keyway 28 made in the housing 4. Each piston 14 has an opening 30 in which the block 26 with dowels protrudes both when the piston 14b is retracted and when it is extended outward piston.

Показанное на фиг.7a и 7b каждое отверстие 30 содержит паз 32, расположенный смежно с отверстием. Срезающаяся пластина 34 соединена с бруском 26 со шпонками болтами или т.п. Срезающаяся пластина 34 содержит концевые участки или выступы 34a, расположенные на кромке паза 32 и соединяющиеся с участком 36 уступа, образованного между пазом 32 и отверстием 30. При отведенном внутрь поршне в положении, показанном на фиг.7a, срезающаяся пластина 34 на уступе 36 предотвращает перемещение поршня 4 вверх в положение, в котором поршень выдвинут наружу. Вместе с тем, когда давление в поршневой камере 24 достигает некоторого порога, перепад давления внутри устройства в поршневой камере 24 и снаружи устройства преодолевает прочность выступа 34a, который отрывается от срезающейся пластины 34. Это обеспечивает перемещение поршня 14 в активированное положение, в котором выдвинут наружу, как показано на фиг.7b. Все данные части легко заменяются, что облегчает техобслуживание и повторное использование устройства 2.Shown in figa and 7b, each hole 30 contains a groove 32 located adjacent to the hole. The cutting plate 34 is connected to the bar 26 with dowels, bolts or the like. The shear plate 34 contains end portions or protrusions 34a located on the edge of the groove 32 and connected to the portion 36 of the ledge formed between the groove 32 and the hole 30. When the piston is retracted inward in the position shown in Fig. 7a, the shear plate 34 on the ledge 36 prevents moving the piston 4 up to a position in which the piston is extended outward. However, when the pressure in the piston chamber 24 reaches a certain threshold, the pressure drop inside the device in the piston chamber 24 and outside the device overcomes the strength of the protrusion 34a, which is torn off from the shear plate 34. This allows the piston 14 to move to the activated position, which is pulled out as shown in fig.7b. All of these parts are easily replaced, which facilitates the maintenance and reuse of the device 2.

Альтернативно, пластина 34 может устанавливаться на брусок 26 со шпонками с помощью, по меньшей мере, одного срезающегося штифта (не показано). Срезающийся штифт может быть выполнен с возможностью разрушения под действием увеличения давления текучей среды в корпусе для обеспечения перемещения поршня 14 в активированное выдвинутое наружу положение.Alternatively, the plate 34 may be mounted on the block 26 with keys using at least one shear pin (not shown). The cutting pin may be configured to break under the influence of increasing pressure of the fluid in the housing to allow the piston 14 to move to the activated outwardly extended position.

Ролик 12 установлен на оси 13. Когда давление в поршневой камере 24 сбрасывается, ролики 12 толкает внутрь реакция пласта, через который перемещается бурильная колонна. Данное обеспечивает простой отвод роликов 12.The roller 12 is mounted on the axis 13. When the pressure in the piston chamber 24 is released, the rollers 12 are pushed inward by the reaction of the formation through which the drill string moves. This provides a simple retraction of the rollers 12.

Скважинное устройство с выдвижными роликовыми опорами второго варианта осуществления изобретения показано на фиг. 8-14, части, общие с вариантом осуществления, показанным на фиг. 1-7, обозначены номерами позиций, увеличенными на 200.A downhole tool with extendable roller bearings of a second embodiment of the invention is shown in FIG. 8-14, parts common to the embodiment shown in FIG. 1-7 are indicated by item numbers increased by 200.

Скважинное устройство 202 с роликовыми опорами содержит три ролика 212, установленные с возможностью вращения между соответствующими поршнями 214a и 214b. Каждый поршень 214a, 214b установлен на расстоянии от других поршней вдоль продольной оси корпуса. Это создает преимущество увеличения хода поршня. Поскольку все поршни разнесены вдоль корпуса, внутренние концы поршней не должны иметь контакта друг с другом, когда отведены в корпус. Это лучше всего показано на фиг.8d. Поршни можно, поэтому, выполнять более длинными.The downhole tool 202 with roller bearings comprises three rollers 212 rotatably mounted between respective pistons 214a and 214b. Each piston 214a, 214b is mounted at a distance from the other pistons along the longitudinal axis of the housing. This creates the advantage of increasing the piston stroke. Since all pistons are spaced along the housing, the inner ends of the pistons should not be in contact with each other when retracted into the housing. This is best shown in FIG. 8d. Pistons can therefore be made longer.

Поршни 214a, 214b выдвигаются увеличением давления текучей среды в поршневой камере 224, действующего на внутренние поверхности 215a и 215b поршней. Поршни удерживаются в корпусе фиксирующим элементом 226, выступающим в поршневое дроссельное отверстие 230. На фиг.8a показано, что поршни 214a, 214b и ролики 212 отводятся так, что только половина или меньше полного диаметра ролика 212 выступает из корпуса 204. Ролики 12 на фиг.2 и 4 больше выступают наружу. Данное помогает предотвращать заклинивание отходами, попадающими под ролики 212, и обеспечивает более жесткие допуски для гнезд, в которые ролики встают. Данное содействует стабилизации ролика 212 в корпусе 214.The pistons 214a, 214b are advanced by increasing the pressure of the fluid in the piston chamber 224 acting on the piston inner surfaces 215a and 215b. The pistons are held in the housing by a locking member 226 protruding into the piston throttle bore 230. FIG. 8a shows that the pistons 214a, 214b and the rollers 212 are retracted so that only half or less of the full diameter of the roller 212 protrudes from the housing 204. The rollers 12 in FIG. .2 and 4 protrude more outward. This helps prevent jamming by waste falling under the rollers 212 and provides tighter tolerances for the nests into which the rollers stand. This helps to stabilize the roller 212 in the housing 214.

Также, поскольку ролики 212 выступают наружу только на половину диаметра, если ролики встречают препятствия или получают удары от больших глыб породы, они должны вталкиваться обратно в корпус 204 с противодействием давлению текучей среды в поршневой камере 224. Величину выхода роликов 212 наружу из корпуса 204 можно изменять простым изменением ширины фиксирующего элемента 226.Also, since the rollers 212 protrude only half the diameter outward, if the rollers encounter obstacles or receive impacts from large blocks of rock, they must be pushed back into the housing 204 to counteract the pressure of the fluid in the piston chamber 224. The magnitude of the rollers 212 out of the housing 204 can be change by simply changing the width of the locking element 226.

Каждый ролик 212 содержит соответствующий проход 250, который, как показано на фиг.19, проходит к месту в корпусе под роликом 212 и выходит из корпуса на месте, удаленном от низа поршня 214a, 214b. Проходы 250 обеспечивают использование более жестких допусков между диаметрами поршня 214 и гнезда в корпусе, в которое поршень встает, поскольку отходы могут перемещаться из-под поршня вдоль прохода 250, а не обратно вдоль поршня. Это обеспечивает перемещение накапливающихся отходов под роликами вдоль прохода и их выход из корпуса. Также, поскольку проходы 250 ослабляют корпус 204, ролики 212 и проходы 250 выполнены в местах, разнесенных вдоль оси корпуса для предотвращения концентрации слабых мест, как лучше всего показано на фиг.16 и 18.Each roller 212 comprises a corresponding passage 250, which, as shown in FIG. 19, extends to a location in the housing under the roller 212 and exits the housing at a location remote from the bottom of the piston 214a, 214b. The passages 250 allow tighter tolerances between the diameters of the piston 214 and the seat in the housing into which the piston rises, since the waste can move from under the piston along passage 250 and not back along the piston. This ensures the movement of accumulated waste under the rollers along the passage and their exit from the housing. Also, since the passages 250 weaken the housing 204, the rollers 212 and the passages 250 are made in places spaced along the axis of the housing to prevent the concentration of weak points, as best shown in FIGS. 16 and 18.

Как показано на фиг.20, поршни 214a и 214b установлены для скольжения во вкладыши 252a, 252b, запрессованные в корпус 204. Вкладыши 252a и 252b повышенной твердости выполнены из материала повышенной твердости, такого как карбид вольфрама или закаленная сталь, такая как D2. Уплотнения 254 предотвращают проход бурового раствора из корпуса через поршни 214a и 214b.As shown in FIG. 20, pistons 214a and 214b are slidably inserted into liners 252a, 252b pressed into the housing 204. The increased hardness liners 252a and 252b are made of high hardness material such as tungsten carbide or hardened steel such as D2. Seals 254 prevent the passage of drilling fluid from the housing through the pistons 214a and 214b.

Показанные на фиг.35 и 36 поршень 214a и ось 213 могут также содержать покрытие из материала повышенной твердости, такое как карбид вольфрама. Только кольцевой участок (не показано) поршня может быть снабжен покрытием. В данном варианте уплотнения 254 не требуются по причине жесткого допуска между двумя скользящими поверхностями из карбида вольфрама.35 and 36, the piston 214a and the axis 213 may also comprise a coating of a material of increased hardness, such as tungsten carbide. Only the annular portion (not shown) of the piston can be coated. In this embodiment, seals 254 are not required due to the tight tolerance between the two sliding surfaces of tungsten carbide.

Альтернативно, поршни и оси могут быть поверхностно упрочненными с помощью азотирования, или науглероживания, или их комбинации. Вкладыш 254 высокой твердости устанавливают на поршне 214a для приема конца 213a оси 213. Вкладыш 254 может быть выполнен из материала повышенной твердости, такого как карбид вольфрама или D2. С использованием данных материалов повышенной твердости срок службы устройства с роликовыми опорами можно продлевать.Alternatively, the pistons and axles may be surface hardened by nitriding or carburization, or a combination thereof. The liner 254 of high hardness is mounted on the piston 214a to receive the end 213a of the axis 213. The liner 254 may be made of a material of increased hardness, such as tungsten carbide or D2. Using these materials of increased hardness, the service life of the device with roller bearings can be extended.

Скважинное устройство с выдвижными роликовыми опорами третьего варианта осуществления изобретения показано на фиг. 15-19, части, общие с вариантом осуществления, показанным фиг. 1-8, обозначены номерами позиций, увеличенными на 300.A downhole tool with extendable roller bearings of a third embodiment of the invention is shown in FIG. 15-19, parts common to the embodiment shown in FIG. 1-8 are indicated by item numbers increased by 300.

Скважинное устройство 302 с выдвижными роликовыми опорами содержит ролики 312 и проходы 350 общие с вариантом осуществления, показанным на фиг. 16-21. Вместе с тем, ролики 312 содержат винтовую резьбу 360. Резьба 360 выполнена в направлении против часовой стрелки, так что если бурильная колонна вращается в направлении по часовой стрелке, ролики вращаются приблизительно в 5 раз быстрее, чем основная бурильная колонна. Резьба поэтому выполнена с возможностью врезаться в пласт и толкать бурильную колонну вниз, помогая продвижению бурильной колонны. Следовательно, данный вариант осуществления используют как в качестве стабилизирующего устройства для уменьшения вибрации и крутящего момента в бурильной колонне, так и для помощи в толкании бурильной колонны вниз.The downhole slide support device 302 comprises rollers 312 and passages 350 common to the embodiment shown in FIG. 16-21. However, the rollers 312 comprise a 360 screw thread. The 360 thread is counterclockwise so that if the drill string rotates in a clockwise direction, the rollers rotate about 5 times faster than the main drill string. The thread is therefore configured to cut into the formation and push the drill string down, helping to advance the drill string. Therefore, this embodiment is used both as a stabilizing device to reduce vibration and torque in the drill string, and to help push the drill string down.

Скважинное устройство с выдвижными роликовыми опорами четвертого варианта осуществления изобретения показано на фиг. 20-23, части общие с вариантом осуществления, показанным фиг. 1-8 обозначены номерами позиций, увеличенными на 400.A downhole tool with extendable roller bearings of a fourth embodiment of the invention is shown in FIG. 20-23, parts common with the embodiment shown in FIG. 1-8 are indicated by item numbers increased by 400.

Скважинное устройство 402 с выдвижными роликовыми опорами содержит ролики 412, расположенные между поршнями 414a и 414b. В корпусе 404 выполнены проходы 450. Режущий элемент 444 расположен на конце каждого поршня 414. Режущие элементы 444 могу быть выполнены из поликристаллического алмаза или могут содержать вставки из карбида вольфрама. Следовательно, данный вариант осуществления можно использовать как комбинированное стабилизирующее устройство и раздвижной буровой расширитель.The downhole slide support device 402 includes rollers 412 located between the pistons 414a and 414b. Passages 450 are made in housing 404. A cutting element 444 is located at the end of each piston 414. The cutting elements 444 may be made of polycrystalline diamond or may include tungsten carbide inserts. Therefore, this embodiment can be used as a combined stabilizing device and a sliding drill reamer.

Скважинное устройство с выдвижными роликовыми опорами пятого варианта осуществления изобретения показано на фиг. 24-27, части, общие с вариантом осуществления, показанным на фиг. 1-8, обозначены номерами позиций, увеличенными на 500.A downhole tool with extendable roller bearings of a fifth embodiment of the invention is shown in FIG. 24-27, parts common to the embodiment shown in FIG. 1-8 are indicated by item numbers increased by 500.

Данный вариант осуществления является комбинацией роликов, имеющих породоразрушающее средство, и проходов, выполненных под роликами для предотвращения накопления отходов под роликами. Скважинное устройство 502 с выдвижными роликовыми опорами содержит ролики 512, на которых расположено породоразрушающее средство. Породоразрушающее средство может, например, содержать множество вставок повышенной твердости или сферических головок 516. Вставки повышенной твердости могут быть выполнены из карбида вольфрама. Проходы 550 проходят через корпус 504. Когда бурильная колонна продвигается в скважине, в особенности в твердой породе, ролики можно использовать для разрушения породы. Например, пласт можно разбуривать вставками 516 из поликристаллического алмаза или карбида вольфрама, имеющими полусферическую конфигурацию и вставленными в ролики.This embodiment is a combination of rollers having a rock cutting agent and passages made under the rollers to prevent the accumulation of waste under the rollers. The downhole tool 502 with extendable roller bearings comprises rollers 512 on which a rock cutting tool is located. The rock breaking agent may, for example, comprise a plurality of hardness inserts or spherical heads 516. The hardness inserts can be made of tungsten carbide. The passages 550 pass through the housing 504. When the drill string is advanced in the borehole, especially in hard rock, the rollers can be used to break the rock. For example, the formation can be drilled with inserts 516 of polycrystalline diamond or tungsten carbide, having a hemispherical configuration and inserted into the rollers.

Например, если внутренние поверхности 515a, 515b поршней 514a и 514b имеют площадь 10 квадратных дюймов (65 см²) каждый, и перепад давления между поршневой камерой 524 и средой снаружи устройства составляет 1000 фунт/дюйм² (7 МПа), 20000 фунтов силы (88 КН) должны быть приложены к каждому из трех роликов вокруг устройства. Данная сила является достаточной для разрушения твердой породы пласта вставками повышенной твердости ролика. В данном варианте осуществления повышенной твердости оси во вкладышах и поршни должны быть использованы, как показано на фиг.35 и 36.For example, if the inner surfaces 515a, 515b of the pistons 514a and 514b have an area of 10 square inches (65cm ²⁾ each, and the pressure drop between piston chamber 524 and the environment outside the device is 1000 lbs / ⁱⁿ² (7 MPa), 20,000 lbs ( 88 KN) must be attached to each of the three rollers around the device. This force is sufficient for the destruction of hard rock by inserts of increased hardness of the roller. In this embodiment, the increased hardness of the axis in the liners and pistons should be used, as shown in Figs. 35 and 36.

Специалисту в данной области техники должно быть ясно, что описанные выше варианты осуществления описаны только в качестве примера и не как ограничения, и различные изменения и модификации являются возможными в объеме изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения. В частности, признаки вариантов осуществления, описанные выше, можно заменять, такие как различные комбинации режущих элементов, роликов, проходов, вставок повышенной твердости в роликах и компонентов повышенной твердости. Также ролики могут иметь сплошную конструкцию и вращаться при установке непосредственно на поршни вместо установки на невращающейся оси. Кроме того, ролик может быть установлен с возможностью вращения на одном поршне, а не между двумя поршнями, так что только один поршень, имеющий два вкладыша, например, создают для каждого роликового узла.One skilled in the art will appreciate that the embodiments described above are described by way of example only and not as limitations, and various changes and modifications are possible within the scope of the invention defined by the appended claims. In particular, the features of the embodiments described above can be replaced, such as various combinations of cutting elements, rollers, passages, inserts of increased hardness in the rollers and components of increased hardness. Also, the rollers can be of a continuous design and rotate when installed directly on the pistons instead of installing on a non-rotating axis. In addition, the roller can be mounted rotatably on one piston, and not between two pistons, so that only one piston having two liners, for example, is created for each roller assembly.

Наконец, следует понимать, что во всех вариантах осуществления в данном описании использовано давление текучей среды, действующее непосредственно на внутренние поверхности одного или нескольких поршней для приведения в действие роликов.Finally, it should be understood that in all embodiments, the implementation of this description uses a fluid pressure acting directly on the inner surfaces of one or more pistons to actuate the rollers.

Claims

1. A downhole device with extendable roller bearings designed to be included in the drill string and comprising a housing (4) with a longitudinal axis, at least one piston (14) mounted in the housing and moving radially relative to the longitudinal axis between a position in which the piston is retracted inward, and an alternative position in which the piston is extended outward under the influence of fluid pressure in the housing on the surface of at least one piston located inside the housing, characterized in that at least hereafter, one roller (12) mounted rotatably on the piston or each of the pistons and capable of rolling along the wall of the wellbore when at least one piston extends outward in its activated position to ensure stabilization of the drill string into which the specified borehole device, and reducing vibration and torque in it, and the device has a hole (30) passing through at least one piston and having an axis perpendicular to the radius of the housing, and at least one fixing a releasing element (26) removably mounted in the housing and protruding into the corresponding hole both in the retracted position of the piston and the activated position of the piston extended outward to prevent the removal of the corresponding piston from the housing and to counteract the rotation of the piston relative to the housing.

2. The device according to claim 1, in which at least one locking element has an axis parallel to the longitudinal axis of the housing, when it is installed in the housing.

3. The device according to claim 2, in which at least one locking element protrudes into the plurality of holes for holding the plurality of pistons in the housing.

4. The device according to any one of the preceding paragraphs, further comprising a plurality of rollers mounted on respective pistons around the housing, which are located at various locations along the longitudinal axis of the housing.

5. The device according to claim 1, further comprising a first and second pistons (14a, 14b) moving radially relative to the housing between the position in which the piston is retracted inward and the activated position in which the piston is extended outward under the action of fluid pressure in the housing corresponding surfaces of the first and second pistons located inside the housing, with at least one roller mounted for rotation between the first and second pistons.

6. The device according to claim 5, further comprising a cutting element mounted on the end of the first and / or second piston and capable of cutting into the wall of the wellbore when the corresponding piston is pulled outward in its activated position.

7. The device according to claim 1, in which at least one locking element comprises a bar (26) with dowels, mounted for sliding in a keyway (28) made in the housing.

8. The device according to claim 1, in which at least one piston comprises a groove (32) located adjacent to the hole, and the plate (34) is mounted with the possibility of sliding in the groove and with the possibility of installation on at least one a locking element for connecting at least one locking element with at least one piston.

9. The device according to p. 8, in which the plate contains at least one shear protrusion (34A), capable of collapsing at the edge (36) of the groove under the action of increasing pressure of the fluid in the housing to ensure movement of at least one piston to the outward activated position.

10. The device according to claim 8, in which the plate is capable of being mounted on at least one locking element by means of at least one shear pin capable of collapsing under the influence of increasing pressure of the fluid in the housing to allow movement of at least one piston to the activated outward extended position.

11. The device according to claim 1, additionally containing at least one axis (13), on which is mounted rotatably at least one roller and which contains material of increased hardness on its outer surface, while at least at least one axis is mounted on at least one piston by means of a pair of liners (254) made of high hardness material.

12. The device according to p. 11, in which at least one roller contains a material of increased hardness on its surface in contact with rotation with the corresponding axis.

13. The device according to claim 1, additionally containing at least one passage (250) made in the housing and passing to a place on the housing located essentially under at least one roller to facilitate the movement of waste accumulating under at least one roller, along the passage and at the exit of the housing.

14. The device according to claim 13, further comprising a plurality of rollers located around the housing, each roller being rotatably mounted on at least one corresponding piston, a passage (250) made in the housing for each roller and passing to a place on a housing located essentially below the corresponding roller to allow the movement of waste accumulating under the corresponding roller along the passage and exit from the housing, with each roller and the corresponding passage located in different places dix along the longitudinal axis of the body.

15. The device according to p. 1, in which at least one piston is installed in the liner of increased hardness, placed in the housing.

16. The device according to p. 15, which contains at least one piston made with the possibility of sliding in contact with the liner of high hardness and having a section covered with a material of high hardness.

17. The device according to p. 1, further containing destructive means (16) located on the outer surface of at least one roller and made with the possibility of destruction of the rock when rolling the corresponding roller on the wall of the wellbore.

18. The device according to p. 17, in which the destructive tool contains many inserts of increased hardness, located in the outer surface of at least one roller.

19. The device according to p. 18, in which each insert is of increased hardness contains a plot, essentially hemispherical in shape, intended for contact with the rock and the destruction of the rock.

20. The device according to claim 1, further comprising a thread (360) made on the outer surface of the at least one roller and adapted to contact the wall of the wellbore and push the device down into the wellbore.

21. The drill string containing many elements of the drill string and at least one downhole device with extendable roller bearings according to any one of paragraphs. 1-20.

22. A method of providing stabilization and reducing vibration and torque in a drill string, comprising using a downhole device with extendable roller bearings according to any one of paragraphs. 1-20.